电气化铁路一直在我国交通运输方式中占据着重要地位,近年来高速铁路的飞快发展也十分瞩目,作为大宗工业电力用户,对于电力行业来说,铁路牵引负荷具有很强的波动性。由于机车制动方式产生的大量再生制动能量,给电网带来严重的电能质量问题并且也会直接影响到铁路部门的经济效益,同时,能源的节约与高效利用方式也是当下备受人们关注的问题。综上,解决方式关键在于如何合理地对牵引网再生电能进行利用以缓解牵引负荷功率波动问题。因此,研究一个适用于交流电气化铁路并且能对负荷功率进行合理有效分配与利用的储能系统便十分重要。目前,储能技术的种类非常繁多,各种储能装置在无论是电网或是铁路的研究与应用都已经较为广泛,但是受技术原理与发展水平的制约,大部分储能装置仍使用的是单一储能技术,例如应用较为广泛的蓄电池或超级电容器等。本文针对应用于交流电气化铁路领域,提出一种结合储能技术优点的混合储能系统方案,从以下几方面展开研究:首先,分析讨论了储能装置对于交流铁路的必要性,对各种储能技术从工作原理特性、发展进程、优势劣势等方面进行了分析对比,并决定采用以发展较为成熟的传统蓄电池技术与研究进展飞快的新兴飞轮储能技术相结合的方案,同时确定了连接单供电臂、安置在牵引变电所地面式的安装方式。其次,对电池与飞轮储能装置进行了结构特点、电路等效模型与参数的分析。在其性能特点的基础上研究了飞轮储能系统的电机控制方式、电机侧变流器控制方式、蓄电池侧双向直流变流器控制方式等。再次,对混合储能系统的充放电及控制策略进行了进一步的研究。根据蓄电池与飞轮储能的物理特性对功率进行分配,给出了混合储能系统拓扑结构设计,并通过MATLAB/Simulink平台对系统各部分进行了仿真建模,通过合理的容量与参数设置,验证了系统设计与控制方案的可行性。最后,基于京津城际高速铁路日常运营时段,对混合储能系统进行了实际背景下的运行测试,通过计算验证了该方案的有效性,并且根据运行结果从节约电费及装置成本方面对方案的经济效益进行了综合评估,进行了混合储能系统的经济性分析。